KR101320891B1 - 산란 제거 및 선량 측정이 가능한 그리드 일체형 ｘ선 검출기 - Google Patents

산란 제거 및 선량 측정이 가능한 그리드 일체형 ｘ선 검출기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 X선 검출기에 관한 것으로서, 산란 제거용 그리드를 일체형으로 구비하여 피검체와 그리드를 통과한 X선이 섬광체에 도달하기 전에 공기 중으로 손실되는 것을 최소화할 수 있고, 영상 정보의 정확도를 향상시킬 수 있는 그리드 일체형 X선 검출기를 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, X선을 흡수하는 흡수형 광섬유와, X선을 투과시키는 투과형 광섬유가 교대로 배열되어 구성되고, 상기 각 투과형 광섬유의 말단부에 투과된 X선과 반응하여 가시광선을 방출하는 섬광체가 일체로 형성된 그리드-섬광체 일체형 구조물; 및 상기 그리드-섬광체 일체형 구조물의 각 섬광체로부터 방출되는 가시광선을 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 검출부;를 포함하는 그리드 일체형 X선 검출기를 제공한다.

Description

산란 제거 및 선량 측정이 가능한 그리드 일체형 Ｘ선 검출기{X-ray detector integrated with grid}
본 발명은 X선 검출기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산란 제거용 그리드가 일체형으로 구성되어 산란 제거와 선량 측정이 모두 가능한 X선 검출기에 관한 것이다.
오늘날 방사선의 투과 성질을 이용하여 환자의 신체부위나 물체를 투시 촬영하는 방사선 촬영장치가 널리 활용되고 있다.
특히, 의학 영상장비로 널리 알려진 X선 촬영장치는 X선이 물체를 통과는 동안 물체의 성질과 거리에 따라 감쇄하는 특성을 이용하여 영상을 얻는 장치로, 신체 내부 진단을 위한 의료분야에서의 활용은 물론 물체의 내부 결함을 밝혀내기 위한 비파괴 검사 분야 등에서 적극 활용되고 있다.
최근 디지털 산업이 발전함에 따라 X선 촬영장치에서도 디지털 X선 검출기를 이용하여 영상을 획득하는 디지털 방식이 기존의 필름 방식을 대체하고 있다.
디지털 X선 검출기는 크게 간접방식과 직접방식으로 구분될 수 있는데, 간접 방식의 검출기는 X선 등의 방사선을 흡수하여 가시광선을 발생시키는 섬광체(scintillator), 및 상기 섬광체에 의해 발생한 가시광선을 전기적인 신호로 읽기 위한 이미지 센서를 포함하여 구성된다.
반면, 직접 방식의 디지털 방사선 검출장치는 입사하는 X선 등의 방사선을 가시광으로의 전환 없이 바로 전하(전자-정공)를 발생시키는 광전도체(photo conductive layer, PCL), 및 발생한 전하를 전기적 신호로 읽기 위한 이미지 센서로 구성된다.
한편, X선을 이용하여 피검체, 예컨대 환자의 신체부위를 촬영함에 있어서 환자에게 조사되는 X선은 신체 내부에서 필연적으로 산란(scattering)을 일으키게 된다.
산란 방사선은 이미지 센서에 의해 검출되어야 할 주 방사선과 중첩되어 영상을 흐리게 하므로 영상의 대조도(contrast)를 약화시키고, 추가적인 잡음의 원인 역할을 하여 환자 진료시에 오진 등을 초래한다.
따라서, 산란 방사선을 줄이기 위한 한 방법으로 X선 그리드(X-ray grid)를 사용하고 있다.
그리드를 이용하는 X선 촬영장치에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 따른 디지털 X선 촬영장치를 도시한 개략적인 구성도로서, 미설명부호 4a와 12는 각각 테이블과 전원장치를 나타낸다.
도시된 바와 같이, 종래의 X선 촬영장치는, X선을 발생시켜 피검체, 즉 환자(1)에게 조사하는 X선 발생기(X-ray generator)(2) 및 선원(X-ray source)(3), 환자(1)의 신체에서 발생한 산란 방사선을 제거하기 위한 그리드(4), 환자(1)의 신체를 투과한 X선을 검출하여 전기적인 신호로 출력하는 X선 검출기(7), X선 검출기(7)의 전기적인 신호를 처리하여 영상을 획득하는 신호처리장치(11)를 포함한다.
먼저, 도면부호 11의 신호처리장치는 X선 촬영장치의 작동 전반을 제어하는 구성부로, X선 검출기(7)의 전기적인 신호를 처리하여 영상을 획득함과 더불어 촬영장치의 작동 전반을 제어하고 X선 발생기(2) 및 X선원(3)의 구동 파라미터를 설정하는데 이용되는 컴퓨터가 될 수 있다.
이러한 디지털 X선 촬영장치에 있어서, X선원(3)으로부터 나오는 X선이 환자(1)의 몸을 통과하면 2차적으로 산란된 적은 에너지의 광자들이 발생하게 되는데, 이러한 광자들은 촬영된 영상에서 신체 조직들 사이의 대조도(contrast)를 저하시켜 영상을 분명하게 읽기 어렵게 만든다.
따라서, 산란된 빛들을 제거함으로써 영상의 대조도와 품질을 향상시키고자 X선 그리드(4)를 사용하고 있으며, 통상의 X선 그리드(4)는 기본적으로 X선을 흡수하는 물질의 스트립(strip)과 X선을 투과하는 물질의 스트립을 교대로 반복 배치한 격자 모양의 구조를 가지고 있다.
이러한 그리드(4)는 환자(1)의 몸에서 산란된 빛이 방향성이 없어 흡수 스트립에 부딪혀 흡수되는 원리를 이용하여 산란된 빛들을 제거해준다.
도 2는 종래기술에 따른 디지털 X선 촬영장치에서 산란 제거용 그리드와 X선 검출기의 구성 및 배치상태를 좀더 상세히 나타낸 도면으로서, 종래의 그리드(4)는 스트립 형태의 흡수체(absorber)(5)와 투과체(interspacer)(6)가 교대로 배치되는 격자형 평판으로 제작되어 사용된다.
이때, 일정 간격(예, 0.3mm)으로 배치되는 흡수체(5)의 물질로는 주로 납을 이용하고, 투과체(6)의 물질로는 알루미늄(Al), 카본(carbon), 나무 등을 사용한다.
또한 그리드(4)의 후방으로 배치되는 X선 검출기(7)는 X선에 반응하여 가시광선을 방출하는 섬광체(8)가 판상의 구조물로 설치되며, 이 섬광체(8)의 물질로는 방사선이 부딪히면 빛을 발하는 유/무기 섬광물질들이 사용되고 있다.
또한 X선 검출기(7)는 섬광체(8)에 의해 변환된 가시광선을 검출하여 전기적인 신호로 출력하는 이미지 센서(10)를 포함하며, 상기 이미지 센서(10)는 가시광선을 픽셀별 전기적인 신호로 변환하는 복수개의 포토다이오드(photodiode, PD)(9)를 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 구성에서 X선원(3)으로부터 나와 환자(1)의 몸을 투과한 X선은 그리드(4)의 투과체(6)를 통과하여 X선 검출기(7)의 섬광체(8)로 들어가게 되고, 이어 섬광체(8)에서 가시광선으로 변환된 뒤, 이미지 센서(10)의 포토다이오드 어레이(photodiode array)에서 전기적인 신호로 변환되어 신호처리장치(11)로 입력된다.
이에 신호처리장치(11)가 포토다이오드(9)에서 출력된 전기적인 신호(X선량에 따른 신호)를 처리하여 투시 영상을 획득하게 된다.
이 과정에서 환자(1)의 몸으로부터 산란되어 나온 빛들은 그리드(4)의 흡수체(5)로 들어가 흡수되어 버리는데, 그리드(4)가 피검체에서 발생하는 산란선을 제거하므로 대조도가 높은 X선 영상을 획득할 수 있게 된다.
그러나, 종래의 X선 촬영장치는 그리드(4)가 후방의 X선 검출기(7)와 일체형이 아닌 분리형으로 되어 있고, 이로 인해 그리드(4)를 통과하여 나온 X선 중 일부가 공기 중에 손실될 수 있는 문제점을 가지고 있다.
이와 같이 그리드(4)를 통과한 X선이 일부 손실된 상태로 섬광체(8)에 입사되는 경우, 손실된 정도에 따라 섬광체가 발생시키는 가시광선의 선량에 차이가 발생하고, 이는 이미지 센서(10)에 의해 검출되는 신호 값의 오차를 발생시키므로 최종 획득된 영상 정보의 정확도를 떨어뜨리는 원인이 되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 산란 제거용 그리드를 일체형으로 구비하여 피검체와 그리드를 통과한 X선이 섬광체에 도달하기 전에 공기 중으로 손실되는 것을 최소화할 수 있고, 영상 정보의 정확도를 향상시킬 수 있는 X선 검출기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, X선을 흡수하는 흡수형 광섬유와, X선을 투과시키는 투과형 광섬유가 교대로 배열되어 구성되고, 상기 각 투과형 광섬유의 말단부에 투과된 X선과 반응하여 가시광선을 방출하는 섬광체가 일체로 형성된 그리드-섬광체 일체형 구조물; 및 상기 그리드-섬광체 일체형 구조물의 각 섬광체로부터 방출되는 가시광선을 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 검출부;를 포함하는 그리드 일체형 X선 검출기를 제공한다.
여기서, 상기 흡수형 광섬유는 X선을 흡수하는 물질이 코어에 도핑된 광섬유인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 투과형 광섬유는 섬유 길이방향을 따라 복수개의 공기홀이 형성된 광섬유(air-hole fiber), 또는 섬유 길이방향을 따라 중공이 형성된 중공형 광섬유(hollow fiber)인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 투과형 광섬유는 광자결정섬유(photonic crystal fiber)인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 투과형 광섬유의 말단부에서 공기홀에 섬광체가 삽입됨으로써 투과형 광섬유의 말단부에 섬광체가 일체로 형성된 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 각 투과형 광섬유의 말단부에 광섬유 섬광체가 연속 배치되어 접속됨으로써 투과형 광섬유의 말단부에 섬광체가 일체로 형성된 구조를 가지며, 상기 광섬유 섬광체는 X선과 반응하여 가시광선을 방출하는 섬광물질이 코어에 도핑된 광섬유인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 섬광물질은 유로퓸, 테르븀, 세륨, 에르븀의 희토 원소 중에 선택된 하나인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 검출부는 투과형 광섬유와 일체로 형성된 섬광체의 가시광선을 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 광전소자 어레이를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 검출부는, 그리드-섬광체 일체형 구조물에서 섬광체가 형성된 광섬유들과 연결되어 섬광체에서 방출된 가시광선을 전달하기 위한 출력용 광섬유들과; 상기 각 출력용 광섬유들이 연결된 광 커플러와; 상기 광 커플러에 연결되고 출력용 광섬유를 통해 전달된 가시광선의 광 결합된 신호를 전송하는 전송용 광섬유와; 상기 전송용 광섬유를 통해 전송된 신호를 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 광전변환부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 검출부는, 그리드-섬광체 일체형 구조물에서 섬광체가 형성된 광섬유들이 직접 연결되어 섬광체에서 방출된 가시광선이 입력되는 광 커플러와; 상기 광 커플러에 연결되고 섬광체에서 방출된 가시광선의 광 결합된 신호를 전송하는 전송용 광섬유와; 상기 전송용 광섬유를 통해 전송된 신호를 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 광전변환부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 그리드 일체형 X선 검출기에서는 광섬유를 이용하여 그리드와 섬광체가 일체형으로 구비되어, 광섬유들로 구성된 그리드-섬광체 일체형 구조물이 그리드의 역할과 더불어 X선을 가시광선으로 변환하여 주는 섬광체의 역할을 모두 수행하도록 구성되는바, X선이 손실되는 종래의 문제점이 해소될 수 있고, 획득되는 영상 정보의 정확도가 향상되는 이점이 있게 된다.
특히, 실시간으로 X선의 선량 측정이 가능하면서 보다 콤팩트하고 X선의 손실이 없는 효율적인 그리드 일체형 시스템이 제공될 수 있게 된다.
도 1은 종래기술에 따른 디지털 X선 촬영장치를 도시한 개략적인 구성도이다.
도 2는 종래기술에 따른 디지털 X선 촬영장치에서 산란 제거용 그리드와 X선 검출기의 배치상태를 나타내는 상세도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 그리드 일체형 X선 검출기를 도시한 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 그리드 일체형 X선 검출기에서 광섬유를 이용하여 구성된 그리드-섬광체 일체형 구조물을 도시한 상세도이다.
도 5와 도 6은 본 발명에서 흡수형 광섬유와 투과형 광섬유의 여러 배열 형태를 예시하기 위한 그리드 일체형 X선 검출기의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그리드 일체형 X선 검출기에서 광섬유를 이용하여 구성된 그리드-섬광체 일체형 구조물을 도시한 상세도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그리드 일체형 X선 검출기를 도시한 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 피검체를 투과 뒤 그리드를 통과한 X선이 섬광체에 도달하기 전에 공기 중으로 손실되는 것을 방지할 수 있는 그리드 일체형 X선 검출기에 관한 것이다.
특히, 본 발명의 그리드 일체형 X선 검출기는 광섬유(optical fiber)를 이용하여 피검체로부터 산란된 X선을 제거하는 그리드를 구성한 점, 그리고 상기 그리드를 구성하는 광섬유에 섬광체를 일체로 형성하여 산란 제거(산란된 X선의 흡수 및 제거)와 선량 검출(섬광체에 의한 가시광선 방출, 가시광선에 대한 검출부의 광전 변환 및 전기적 신호 출력)을 함께 수행할 수 있도록 한 점에 주된 특징이 있는 것이다.
이러한 본 발명의 그리드 일체형 X선 검출기는 디지털 X선 촬영장치에 유용하게 적용될 수 있는 것으로, 이를 적용할 경우 그리드와 섬광체의 일체형 구조에 의해 그리드를 통과한 X선(영상 획득을 위해 검출되어야 할 주 방사선)의 외부 손실이 방지될 수 있으므로 피검체에 대한 보다 정확한 영상 정보를 획득할 수 있는 이점을 가지게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 그리드 일체형 X선 검출기를 도시한 개략적인 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 그리드 일체형 X선 검출기에서 광섬유를 이용하여 구성된 그리드-섬광체 일체형 구조물을 도시한 상세도이다.
도시된 바와 같이, 광섬유(optical fiber)를 이용하여 그리드와 섬광체의 역할을 수행할 수 있는 새로운 형태의 그리드 일체형 X선 검출기(100)가 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 X선 검출기(100)는, X선원으로부터 조사되어 피검체를 투과한 X선이 입사되는 그리드-섬광체 일체형 구조물(110)과, 상기 그리드-섬광체 일체형 구조물(110)의 후방에 배치되어 그리드-섬광체 일체형 구조물(110)의 섬광체(113)로부터 방출되는 가시광선을 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 검출부(120)를 포함하여 구성된다.
여기서, 그리드-섬광체 일체형 구조물(110)은 피검체로부터 방출되는 산란 방사선, 즉 산란된 X선을 흡수하는 흡수형 광섬유(111)와, 상기 피검체로부터 입사되는 주 방사선, 즉 피검체를 투과한 X선을 통과시키는 투과형 광섬유(112)가 교대로 배열된 구성을 가진다.
이와 같은 그리드-섬광체 일체형 구조물(110)은 전체적인 형상이 판(plate) 형상인 구조물이 될 수 있는데, 그 평면상에서 볼 때 복수개의 흡수형 광섬유(111)와 복수개의 투과형 광섬유(112)가 교대로 반복 배열된 구조를 가진다(도 5 및 도 6 참조).
참고로, 광섬유는 빛 또는 신호를 전달하기 위해 널리 사용되고 있는 섬유 형태의 도파관으로서, 기본적으로 빛 또는 신호를 전달하는 코어(core), 코어 외곽으로 배치되는 클래딩(cladding), 및 이들을 둘러싸는 보호용 재킷(jacket)(피복)으로 구성된다.
이러한 광섬유는 코어의 굴절률이 클래딩보다 높아 임계각 이상의 각도로 입사된 빛(또는 신호)을 전반사를 통해 거의 손실 없이 전달할 수 있으며, 쉽게 구부릴 수 있는 유연한(flexible) 성질을 가지도록 제작될 수 있으므로 빛 또는 신호의 전달 경로를 굴곡된 경로로 다양하게 설정할 수 있음은 물론, 다른 계측 장비와의 직접적인 연결이 가능하다는 장점을 가진다.
본 발명에서는 이러한 광섬유를 이용하되, 다양한 구조 및 재질을 갖는 광섬유의 여러 종류 중에 X선을 흡수할 수 있는 재질의 흡수형 광섬유(111)와, X선을 투과시킬 수 있는 투과형 광섬유(112)를 이용하여 X선 그리드를 구성하고, 투과형 광섬유(112)의 말단부에 섬광 현상을 일으키는 섬광체(113), 즉 X선과 반응하여 가시광선을 발생시키는 섬광체(113)를 일체형으로 형성하여 상기한 그리드-섬광체 일체형 구조물(110)을 구성한다.
본 발명에서 그리드-섬광체 일체형 구조물(110)을 구성하는 흡수형 광섬유(111)로는 코어에 X선을 흡수할 수 있는 물질이 도핑된 형태의 광섬유가 될 수 있다.
일례로, X선을 흡수할 수 있는 물질로서 비스무트(Bismuth, Bi)를 코어에 도핑한 광섬유(Bismuth-doped fiber, BiDF)가 사용될 수 있으며, 이때 글래스 타입 또는 플라스틱 타입의 광섬유가 사용될 수 있다.
또한 투과형 광섬유(112)로는 도 4에 예시된 바와 같이 섬유 길이방향을 따라 복수개의 공기홀(112a)이 형성된 광섬유(air-hole fiber), 또는 섬유 길이방향을 따라 중공이 형성된 중공형 광섬유(hollow fiber)가 사용될 수 있다.
이러한 투과형 광섬유로 광자결정섬유(photonic crystal fiber, PCF)가 사용될 수 있는데, 이 PCF는 다양한 구조를 가질 수 있는 광섬유의 한 종류로서, 예시된 바와 같이 섬유 길이방향을 따라 나란히 형성된 복수개의 공기홀(air holes)(112a)을 가지는 PCF가 사용될 수 있다.
이와 같은 PCF는 주기적으로 배열되어 있는 나란한 공기홀(112a)들에 의해 섬유 내부에 빛을 전달할 수 있는 길이방향의 공기층(공기기둥)을 가지게 되며, PCF로 입사된 X선이 전반사에 의하여 공기층을 통해 길이방향을 따라 도파되어진다.
복수개의 공기홀(112a)을 갖는 PCF의 단면상에서 공기홀의 배열이 이루는 전체적인 형상은 도 4에 예시된 마름모나 사각형이 될 수 있으나, 원형이나 오각형, 육각형 등의 다양한 형상 중 하나가 될 수도 있으며, 이러한 공기홀의 전체적인 형상에 대해서는 특정하게 한정하지 않는다.
또한 투과형 광섬유(112)로 사용 가능한 PCF로서, 상기와 같이 주기적으로 배열된 공기홀(112a)들이 형성된 광섬유 형태뿐만 아니라, 하나의 중공(공기홀과 동일한 역할을 함)을 가지는 광섬유 형태(hollow fiber)가 사용될 수도 있다.
아울러, 각 투과형 광섬유(112)의 말단부(X선 투과방향을 기준으로 광섬유의 후단부)에서 각 공기홀(112a)(또는 중공)의 내부에는 섬광물질을 삽입하여 섬광체(113)를 구성하며, 이때 섬광물질로는 X선과 반응하여 가시광선을 방출하는 공지의 유/무기 섬광물질이 사용될 수 있다.
본 발명에서 섬광체(113)를 형성하는 섬광물질의 종류에 대해서는 특정하게 한정하지 않으며, 당해 기술분야에서 잘 알려진 여러 섬광물질 중 하나를 사용할 수 있는바, 본 명세서에서 구체적으로 예시하지는 않는다.
이와 같이 그리드를 구성하는 각 투과형 광섬유(112)의 말단부에 섬광물질을 삽입하여 섬광체(113)를 구성함으로써, 그리드와 섬광체(113)가 일체형으로 이루어진 구조물을 구현할 수 있게 된다.
결국, BiDF 등의 흡수형 광섬유(111)와 PCF와 같은 투과형 광섬유(112)를 교대로 배열하여 구성된 본 발명의 그리드-섬광체 일체형 구조물(110)에서는, X선 촬영시에 환자(피검체)의 몸을 투과한 X선(주 방사선)이 각 투과형 광섬유(112)의 공기홀(112a)(또는 중공)을 통해 손실 없이 투과되어 검출부(120)로 전달되며, 환자의 몸으로부터 방출된 산란된 빛은 흡수형 광섬유(111)에 입사되어 흡수된다.
이때, 각각의 투과형 광섬유(112)에서 개개의 공기홀(112a)들은 X선 전달 및 광 가이드를 수행하는 도파관(waveguide)의 역할을 하며, 섬유 번들(fiber bundle)과 같은 작용을 하게 된다.
또한 투과형 광섬유(112)를 투과한 X선은 각 투과형 광섬유의 후단부에 일체로 형성된 섬광체(113)의 영역에서 섬광물질과 반응하여 가시광선을 발생시키며, 이때 발생한 가시광선이 검출부(120)에서 전기적 신호로 변환되어 출력됨으로써 X선의 선량을 측정할 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명에서는 피검체를 투과하여 검출부(120)에서 검출되어야 할 X선은 투과시키면서도 피검체를 통과하면서 산란된 X선에 대해서는 흡수하여 제거하는 그리드의 역할을 광섬유들이 수행함과 더불어, 개별 광섬유(각 투과형 광섬유)가 방사선을 가시광선으로 변환하여 주는 섬광체의 역할을 할 수 있으므로, 콤팩트하고 X선의 손실이 없는 보다 효율적인 그리드 일체형 X선 검출기가 구현될 수 있게 된다.
도 5와 도 6은 본 발명에서 흡수형 광섬유와 투과형 광섬유의 여러 배열 형태를 예시하기 위한 그리드 일체형 X선 검출기의 평면도로서, 도 5에 나타낸 바와 같이 복수개의 흡수형 광섬유(111)와 투과형 광섬유(112)들이 각각 도면상 열 방향(상하 방향)으로 열을 이루도록 배열되되, 흡수형 광섬유(111)들이 연접된 배열(어레이)과 투과형 광섬유(112)들이 연접된 배열이 도면상 행 방향(좌우 방향)을 따라 교대로 반복 배치되는 형태가 될 수 있다.
또는 도 6에 나타낸 바와 같이 복수개의 흡수형 광섬유(111)와 투과형 광섬유(112)들이 도면상 열과 행 방향(상하 및 좌우 방향)으로 교대로 반복 배치되는 형태가 될 수 있다.
또한 상기 흡수형 광섬유(111)와 투과형 광섬유(112)로 구성된 그리드-섬광체 일체형 구조물(110)의 상면과 측면을 포함한 그 외곽으로는 알루미늄 또는 카본 등으로 제작된 커버(115)가 씌워질 수 있다.
그리고, 직경이 1:1로 동일한 흡수형 광섬유(111)와 투과형 광섬유(112)가 사용될 수도 있으나, 원하는 비율이 되도록 직경을 달리하여 제작한 흡수형 광섬유(111)와 투과형 광섬유(112)가 사용될 수도 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 그리드 일체형 X선 검출기(100)의 검출부(120)는 섬광체(113)에서 발생한 가시광선을 전기적인 신호로 변환 및 출력하는 기존의 이미지 센서가 될 수 있으며, 다만 본 발명에서는 이미지 센서가 투과형 광섬유(112)에 일체로 형성된 섬광체(113)로부터 방출되는 가시광선을 전기적인 신호로 변환하여 출력하게 된다.
이때, 검출부(120)는 투과형 광섬유(112)의 섬광체(113)로부터 개별적으로 입사되는 가시광선을 픽셀별 전기적인 신호로 변환 및 출력하는 복수개의 광전소자들로 이루어진 센서 모듈이 될 수 있다.
즉, 그리드-섬광체 일체형 구조물(110)의 후방(섬광체의 후방)에 위치하도록 복수개의 광전소자를 평면상 어레이 형태로 배열하여 센서 모듈을 구성하는 것이며, 이때 센서 모듈의 광전소자들은 포토다이오드(121)가 될 수 있다.
이에 그리드-섬광체 일체형 구조물(110)의 후방에 배치된 포토다이오드 어레이가 각 투과형 광섬유(112)의 섬광체(113)로부터 방출된 가시광선을 픽셀별 전기적 신호로 변환하여 출력하게 된다.
물론, 검출부(120)의 각 포토다이오드(121)는 종래와 같이 전기적 신호를 개별 입력할 수 있게 신호처리장치에 연결되며, 이로써 신호처리장치가 전체 포토다이오드(121)들의 전기적 신호를 처리하여 하나의 X선 촬영 영상을 실시간으로 획득할 수 있게 된다.
한편, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그리드 일체형 X선 검출기에서 광섬유를 이용하여 구성된 그리드-섬광체 일체형 구조물을 도시한 상세도로서, 투과형 광섬유(112)의 공기홀(112a)에 섬광체를 삽입하는 방식 대신, X선과 반응하여 형광(fluorescence)을 발생시키는 형광물질(섬광물질)이 코어에 도핑된 광섬유(112)(이하, '광섬유 섬광체'라 칭함)를 각 투과형 광섬유(112)의 후방에 연속 배치함으로써 그리드-섬광체 일체형 구조물(110)을 구성할 수 있다.
여기서, 그리드-섬광체 일체형 구조물(110)의 기본적인 구성, 즉 흡수형 광섬유(111) 및 투과형 광섬유(112)의 구성 및 그 배치 형태에 대해서는 전술한 도 4의 실시예와 차이가 없으므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
다만, 도 4의 실시예와 비교할 때 각 투과형 광섬유(112)의 말단부를 광섬유 섬광체(114)로 구성한 점에 차이가 있으며, 이 광섬유 섬광체(114) 역시 공기홀에 삽입된 섬광체와 마찬가지로 투과형 광섬유(112)를 투과한 X선을 흡수하여 가시광선을 발생시키는 역할을 수행하게 된다.
이와 같은 광섬유 섬광체(114)로는 코어에 희토 원소(rare-earth element)인 유로퓸(Europium)이 도핑되어 있는 광섬유(Europium-doped Fiber, EuDF)가 사용될 수 있다.
유로퓸은 방사선 및 자외선을 흡수하여 형광을 발생시키는 특성을 가지므로, 섬광체를 투과형 광섬유의 공기홀에 삽입하지 않고도 유로퓸이 도핑된 광섬유(EuDF)를 직접적으로 광섬유 섬광체로 이용할 수 있다.
또한 유로퓸 외에 테르븀(Terbium)이 도핑된 광섬유(Terbium-doped Fiber, TbDF), 세륨(Cerium)이 도핑된 광섬유(Cerium-doped Fiber, CeDF), 에르븀(Erbium)이 도핑된 광섬유(Erbium-doped Fiber, EDF) 등과 같이 희토 원소가 도핑된 다양한 종류의 광섬유들이 선택적으로 사용될 수 있다.
이때, 사용되는 희토 원소의 도핑 효율성과 발광 가시광선의 파장 등을 고려하여 글래스 타입 또는 플라스틱 타입 등의 광섬유를 적절히 선택 사용함이 바람직하다.
또한 투과형 광섬유(112)와 광섬유 섬광체(114)는 각각 별도로 제조된 뒤 접속되어야 하는바, 통상의 용융 접합기(fusion splicer)를 이용한 접합(splicing) 방식(광섬유 간을 열로 융착하여 접합함) 또는 기구적인 커넥터를 이용한 접속 방식이 채택될 수 있다.
이로써 도 7의 그리드-섬광체 일체형 구조물(110)을 적용한 경우에도 X선이 투과형 광섬유(112)로 입사되어 공기홀(112a)에 의해 형성된 공기층(공기기둥)을 따라 도파된 뒤 광섬유 섬광체(114)에 입사되고, 결국 X선을 받은 유로퓸 등의 섬광물질이 그 특성에 따른 가시광선 영역 파장의 빛을 방출하면서 발광하게 되는바, 광섬유 섬광체(114)에서 방출되는 빛을 검출부(120)가 전기적인 신호로 변환하여 신호처리장치(도시하지 않음)에 전달함으로써 영상을 획득할 수 있게 된다.
한편, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그리드 일체형 X선 검출기를 도시한 구성도로서, 이는 선량 검출을 위한 구성을 달리한 실시예를 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이, X선 선량을 검출하는 검출부(120)의 구성으로서, 그리드-섬광체 일체형 구조물(110)의 후방에 포토다이오드 어레이를 배치하는 대신, 섬광체(113)에서 방출되는 가시광선을 광섬유(122,124)를 통해 계측기로 전달하는 방식이 채용될 수 있다.
이러한 검출부(120)의 구성은 도 4 및 도 7의 실시예에 모두 적용될 수 있는 것으로, 그리드-섬광체 일체형 구조물(110)에서 섬광체(113)가 일체로 형성된 부분의 각 광섬유에 출력용 광섬유(122)를 연결하고, 각 출력용 광섬유(122)의 말단부를 광 커플러(optical coupler)(123)를 통해 전송용 광섬유(124)에 연결한다.
또한 상기 전송용 광섬유(124)를 계측기로 연결한다.
이때, 출력용 광섬유(122)의 일단을 섬광체(113)가 일체로 형성된 광섬유에, 타단을 광 커플러(123)에 연결하며, 이 광 커플러(123)에 전송용 광섬유(124)의 일단을 연결하고, 전송용 광섬유(124)의 타단을 계측기로 연결한다.
상기 출력용 광섬유(122)로는 코어 직경이 큰 플라스틱 광섬유(plastic optical fiber, POF)가 사용될 수 있는데, 이는 섬광체로부터 방출되는 가시광선이 입사될 수 있도록 섬광체가 일체로 형성된 광섬유, 즉 섬광체(113)가 삽입된 투과형 광섬유(112)(도 4의 실시예 참조)나 섬광물질이 도핑된 광섬유 섬광체(도 7에서 도면부호 114임)(도 7의 실시예 참조)에 연결된다.
또한 각 출력용 광섬유(122)의 반대쪽 후단은 광 커플러(123)를 통해 하나의 전송용 광섬유(124)로 연결되어, 각 출력용 광섬유(122)에 의해 전송된 신호가 광 커플러(123)에서 광 결합된 뒤 전송용 광섬유(124)의 코어를 통해 계측기로 전송된다.
상기 출력용 광섬유(122)로서 POF는 코어가 PMMA(Polymethyl Methacrylate)로 이루어지고 클래딩은 불소가 함유된 PMMA로 이루어진 것이 사용될 수 있다.
또한 이러한 출력용 광섬유(122)를 이용하지 않고 그리드-섬광체 일체형 구조물(110)의 섬광체(113)가 일체로 형성된 부분의 광섬유를 그대로 광 커플러(123)에 연결하는 것도 실시 가능한데, 공기홀(112a)(또는 중공)에 섬광체(113)가 삽입되어 있는 각 투과형 광섬유(112), 또는 섬광물질이 코어에 도핑되어 있는 각 광섬유 섬광체(도 7에서 도면부호 114임)를 길게 연장하여 광 커플러(123)에 직접 연결하게 된다.
상기 계측기는 가시광선 영역 범위의 빛을 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 광전변환부(125)를 포함하는 구성이 될 수 있으며, 이 광전변환부(125)에 의해 변환된 전기적인 신호를 계측함으로써 X선 선량을 측정하게 된다.
상기 광전변환부(125)로는 전송용 광섬유(124)로부터 전송된 가시광선 영역 범위의 빛을 전기적인 신호로 변환하는 광전자증배관(Photomultiplier Tube, PMT)이 사용될 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
100 : X선 검출기 110 : 그리드-섬광체 일체형 구조물
111 : 흡수형 광섬유 112 : 투과형 광섬유
112a : 공기홀 113 : 섬광체
114 : 광섬유 섬광체 120 : 검출부
121 : 포토다이오드 122 : 출력용 광섬유
123 : 광 커플러 124 : 전송용 광섬유
125 : 광전자증배관(광전변환부)

Claims (10)

  1. X선을 흡수하는 흡수형 광섬유와, X선을 투과시키는 투과형 광섬유가 교대로 배열되어 구성되고, 상기 각 투과형 광섬유의 말단부에 투과된 X선과 반응하여 가시광선을 방출하는 섬광체가 일체로 형성된 그리드-섬광체 일체형 구조물; 및
    상기 그리드-섬광체 일체형 구조물의 각 섬광체로부터 방출되는 가시광선을 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 검출부;
    를 포함하는 그리드 일체형 X선 검출기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡수형 광섬유는 X선을 흡수하는 물질이 코어에 도핑된 광섬유인 것을 특징으로 하는 그리드 일체형 X선 검출기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 투과형 광섬유는 섬유 길이방향을 따라 복수개의 공기홀이 형성된 광섬유(air-hole fiber), 또는 섬유 길이방향을 따라 중공이 형성된 중공형 광섬유(hollow fiber)인 것을 특징으로 하는 그리드 일체형 X선 검출기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 투과형 광섬유는 광자결정섬유(photonic crystal fiber)인 것을 특징으로 하는 그리드 일체형 X선 검출기.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 투과형 광섬유의 말단부에서 공기홀에 섬광체가 삽입됨으로써 투과형 광섬유의 말단부에 섬광체가 일체로 형성된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 그리드 일체형 X선 검출기.
  6. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 각 투과형 광섬유의 말단부에 광섬유 섬광체가 연속 배치되어 접속됨으로써 투과형 광섬유의 말단부에 섬광체가 일체로 형성된 구조를 가지며, 상기 광섬유 섬광체는 X선과 반응하여 가시광선을 방출하는 섬광물질이 코어에 도핑된 광섬유인 것을 특징으로 하는 그리드 일체형 X선 검출기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 섬광물질은 유로퓸, 테르븀, 세륨, 에르븀의 희토 원소 중에 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 그리드 일체형 X선 검출기.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 검출부는 투과형 광섬유와 일체로 형성된 섬광체의 가시광선을 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 광전소자 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 그리드 일체형 X선 검출기.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 검출부는
    그리드-섬광체 일체형 구조물에서 섬광체가 형성된 광섬유들과 연결되어 섬광체에서 방출된 가시광선을 전달하기 위한 출력용 광섬유들과;
    상기 각 출력용 광섬유들이 연결된 광 커플러와;
    상기 광 커플러에 연결되고 출력용 광섬유를 통해 전달된 가시광선의 광 결합된 신호를 전송하는 전송용 광섬유와;
    상기 전송용 광섬유를 통해 전송된 신호를 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 광전변환부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 그리드 일체형 X선 검출기.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 검출부는
    그리드-섬광체 일체형 구조물에서 섬광체가 형성된 광섬유들이 직접 연결되어 섬광체에서 방출된 가시광선이 입력되는 광 커플러와;
    상기 광 커플러에 연결되고 섬광체에서 방출된 가시광선의 광 결합된 신호를 전송하는 전송용 광섬유와;
    상기 전송용 광섬유를 통해 전송된 신호를 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 광전변환부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 그리드 일체형 X선 검출기.
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